Categoría: hormigón

Predimensionamiento óptimo de tableros de puentes losa pretensados aligerados

Figura 1. Vista aérea de paso superior. Google Maps.

El artículo de investigación presentado en el 28th International Congress on Project Management and Engineering por los autores Yepes-Bellver, Martínez-Pagán, Alcalá, y Yepes es un análisis integral del predimensionamiento de los tableros de puentes losa pretensados aligerados.

Este informe detalla su importancia y sugiere mejoras en el diseño estructural mediante la optimización con métodos avanzados como el modelo Kriging y algoritmos de optimización heurística.

El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

1. Contexto del empleo de los puentes losa pretensados aligerados

Los puentes de losa pretensada son fundamentales en las infraestructuras de carreteras y vías ferroviarias debido a su capacidad para cubrir luces de entre 10 y 45 metros, lo que los hace más resistentes, duraderos y adaptables a distintos diseños geométricos. El coste de estos puentes suele representar entre un 5 % y un 15 % de los gastos totales de una infraestructura de transporte. Además, los puentes losa ofrecen una mayor flexibilidad y una apariencia estética superior, ya que eliminan las juntas de calzada, lo que mejora la comodidad y reduce el desgaste del tablero al tráfico.

Principales ventajas de los puentes losa pretensados:

  • Resistencia y durabilidad: estos puentes ofrecen una alta resistencia a la torsión y la flexión, por lo que son ideales para soportar cargas variables y condiciones climáticas adversas.
  • Versatilidad en el diseño: gracias a su construcción in situ, es posible adaptarlos a terrenos irregulares o a condiciones complejas, como curvas pronunciadas y anchos variados, lo que permite construirlos con rasantes bajas.
  • Ahorro de materiales y costes: Al diseñarse sin juntas y con posibilidades de aligeramiento, su mantenimiento resulta menos costoso en comparación con otras tipologías.

2. Predimensionamiento y limitaciones en los métodos actuales

El predimensionamiento es esencial en la fase preliminar del diseño de puentes con losas pretensadas. Tradicionalmente, los ingenieros utilizan reglas empíricas basadas en la experiencia para definir parámetros geométricos iniciales, como el espesor de la losa, la relación entre el canto y la luz y la cantidad de armadura activa y pasiva. Sin embargo, estos métodos tradicionales tienen limitaciones en cuanto a eficiencia y sostenibilidad, ya que no optimizan el uso de materiales ni reducen el impacto ambiental.

Desventajas de los métodos convencionales de predimensionamiento:

  • Rigidez en el diseño: los métodos empíricos pueden ser inflexibles, lo que limita las opciones de diseño y hace que la estructura no se adapte eficientemente a los criterios de optimización moderna.
  • Ineficiencia económica y ambiental: al no tener en cuenta factores de sostenibilidad y costes, estos métodos pueden provocar un uso excesivo de materiales, lo que aumenta la huella de carbono y el consumo energético.

3. Propuesta de optimización con modelos Kriging y metaheurísticas

La propuesta de los investigadores consiste en aplicar una optimización bifase mediante modelos Kriging combinados con el recocido simulado, un algoritmo heurístico. Esta técnica permite reducir el tiempo de cómputo en comparación con los métodos de optimización tradicionales sin perder precisión. La optimización se centra en tres objetivos clave:

  • Minimización del coste
  • Reducción de emisiones de CO₂
  • Disminución del consumo energético

El Kriging, un tipo de metamodelo, facilita la interpolación de datos en una muestra determinada, lo que permite que los valores estimados sean predictivos y evite el alto coste computacional que conllevan las simulaciones estructurales completas. Para implementar esta técnica, se usa un muestreo de hipercubo latino (LHS), que permite generar variaciones en el diseño inicial de los puentes y proporciona una base sobre la que se aplica el modelo Kriging para ajustar las alternativas optimizadas de diseño.

4. Resultados y comparación con diseños convencionales

A continuación, se exponen los principales hallazgos del estudio, basados en la optimización de puentes reales y en la comparación con métodos empíricos:

  • Esbeltez y espesor de la losa: la investigación recomienda que aumentar la relación entre el canto y la luz mejora la sostenibilidad del diseño. Los puentes optimizados presentan relaciones de hasta 1/30, en comparación con el rango usual de 1/22 a 1/25.
  • Volumen de hormigón y armaduras: los resultados muestran una disminución del volumen de hormigón y del número de armaduras activas necesarias, mientras que aumenta el número de armaduras pasivas. Este ajuste permite reducir tanto el coste como las emisiones.
  • Uso de materiales de construcción: se recomienda el uso de hormigón de resistencia entre 35 y 40 MPa para obtener una combinación óptima entre coste y sostenibilidad. La cantidad de aligeramientos interiores y exteriores también contribuye significativamente a la reducción del peso total sin comprometer la resistencia.

Comparativa de materiales:

  • Cuantía de hormigón: entre 0,55 y 0,70 m³ por m² de losa. La optimización reduce el consumo a 0,60 m³ para puentes económicos y a 0,55 m³ para priorizar la reducción de emisiones.
  • Armadura activa: la cantidad recomendada es inferior a 17 kg/m² de tablero. Esto representa una reducción significativa en comparación con los diseños tradicionales, que promedian alrededor de 22,64 kg/m².
  • Armadura pasiva: se debe aumentar la cuantía hasta 125 kg/m³ para proyectos de alta sostenibilidad, en contraste con los valores convencionales.

5. Herramientas prácticas para los proyectistas: nomogramas para el predimensionamiento

Uno de los aportes más valiosos del estudio es la creación de nomogramas que permiten a los ingenieros realizar predimensionamientos precisos con un mínimo de datos. Los nomogramas se desarrollaron mediante modelos de regresión múltiple y ofrecen una forma rápida de estimar:

  • La cantidad de hormigón necesaria.
  • El espesor de la losa.
  • La armadura activa en función de la luz del puente y los aligeramientos aplicados.

Estos nomogramas son útiles en las primeras fases de diseño, ya que permiten obtener valores cercanos a los óptimos de manera rápida y eficiente. Los gráficos incluyen secuencias de cálculo específicas con ejemplos de puentes con luces de 34 m y aligeramientos medios (interior de 0,20 m³/m² y exterior de 0,40 m³/m²), lo que facilita un proceso de diseño preliminar que cumple con criterios de sostenibilidad.

Figura 2. Nomograma para estimar el canto del tablero (m). Fuente: Yepes-Bellver et al. (2024)

6. Recomendaciones para el diseño sostenible de puentes losa pretensados aligerados

Basándose en los resultados de optimización, el estudio recomienda ajustar ciertos parámetros de diseño para mejorar la sostenibilidad y reducir los costes:

  • Aumento de la relación canto/luz: se debe aumentar la relación a 1/26 o incluso 1/30 para conseguir diseños sostenibles.
  • Reducción del hormigón utilizado: limitar el uso de hormigón a 0,60 m³/m², o menos si la prioridad es reducir las emisiones.
    Cuantía de armaduras: para la armadura pasiva, se recomienda un mínimo de 125 kg/m³, mientras que la armadura activa debe reducirse a 15 kg/m² de losa.
    Aligeramientos amplios: utilizar aligeramientos significativos (interior de 0,20 m³/m² y exterior de 0,50 m³/m²) para reducir el peso estructural y minimizar el material empleado.

7. Conclusión: innovación en el diseño de infraestructuras sostenibles

El uso de modelos predictivos, como el Kriging, y de técnicas de optimización avanzada en el diseño de puentes supone un gran avance hacia la construcción de infraestructuras sostenibles y eficientes. Estos métodos permiten reducir costes y minimizar el impacto ambiental, dos factores críticos en la ingeniería moderna. Al promover estos enfoques, la investigación allana el camino hacia políticas de infraestructura más responsables y sostenibles, un objetivo alineado con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).

8. Perspectivas futuras: expansión de la metodología de optimización

Los autores proponen continuar esta línea de investigación aplicando el modelo Kriging y otros metamodelos a diversas estructuras de ingeniería civil, como marcos de carretera, muros de contención y otros tipos de puentes. Esta expansión podría sentar las bases para nuevos estándares en el diseño de infraestructuras sostenibles.

Este estudio se presenta como una herramienta esencial para ingenieros y proyectistas interesados en mejorar el diseño estructural mediante métodos modernos de optimización, ya que ofrece un enfoque práctico y avanzado para lograr una ingeniería civil más sostenible.

Os dejo la presentación que se hizo en el congreso:

Como está publicado en abierto, os dejo la comunicación completa a continuación:

Descargar (PDF, 1.98MB)

Referencia:

YEPES-BELLVER, L.; MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Análisis del predimensionamiento de tableros óptimos de puentes losa pretensados aligerados y su incidencia en el proyecto estructural. 28th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 3-4 de julio, Jaén (Spain), pp. 407-419. DOI:10.61547/2402010

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Prefabricados de hormigón: Procesos, tecnologías y ventajas de los métodos modernos de construcción

Figura 1. Planta de prefabricados de hormigón. https://www.prilhofer.com/aumento-de-la-eficiencia-en-la-produccion-de-prefabricados-de-hormigon

La prefabricación de hormigón ha revolucionado el sector de la construcción al ofrecer soluciones eficientes, duraderas y con un alto nivel de personalización. Al permitir la fabricación en serie de elementos estructurales y ornamentales fuera del lugar de la obra, este método optimiza tanto los tiempos de ejecución como los costes. A lo largo de este artículo, resumiremos las etapas, instalaciones y tecnologías utilizadas en la fabricación de elementos prefabricados de hormigón, así como en los aspectos de automatización y control de calidad que aseguran la precisión y la eficiencia en cada pieza.

1. ¿Qué es la prefabricación de hormigón y cuáles son sus ventajas?

La prefabricación de hormigón consiste en producir elementos en plantas especializadas, fuera de su ubicación final, lo que permite un control exhaustivo de las condiciones de fabricación y garantiza una calidad uniforme. Este enfoque implica la creación de piezas que, tras su transporte y montaje en la obra, conforman total o parcialmente la estructura de edificios, puentes, pavimentos, etc.

Las principales ventajas de la prefabricación son las siguientes:

  • Reducción de tiempos de obra: Los prefabricados se fabrican en paralelo a otros trabajos en obra, reduciendo la duración total del proyecto.
  • Alta calidad y durabilidad: El control exhaustivo en planta permite obtener acabados uniformes y una resistencia elevada, incluso en condiciones ambientales desfavorables.
  • Sostenibilidad: Al reducir los residuos de obra y aprovechar eficientemente los materiales, la prefabricación se alinea con prácticas sostenibles.
  • Versatilidad de diseño: La fabricación en planta permite producir elementos con diferentes formas, texturas y colores, lo que aumenta las posibilidades arquitectónicas.
Figura 2. Principales ventajas de la prefabricación

2. Las plantas de prefabricados de hormigón: Configuración y logística

La planta es el corazón del proceso de prefabricación. Su ubicación y configuración son decisiones clave que influyen en la eficiencia y la viabilidad económica del proyecto. Una planta típica incluye zonas de almacenamiento de materias primas, áreas de dosificación y mezclado, espacios de moldeo y compactación, y cámaras de curado, además de áreas de logística y almacenamiento final.

La ubicación de la planta depende de varios factores estratégicos:

  • Proximidad al mercado: La planta debe estar cerca de la zona de influencia para minimizar los costos de transporte.
  • Distancia a los proveedores: El acceso a materiales básicos como cemento, áridos y acero afecta la competitividad.
  • Infraestructuras y vías de transporte: La cercanía a carreteras o ferrocarriles facilita el envío de elementos a obra.
  • Condiciones climáticas: En zonas con clima extremo, la prefabricación reduce los riesgos y retrasos en obra, siendo especialmente útil en países con estaciones frías.
Figura
Figura 3. Fabricación de viguetas de hormigón pretensado. http://preforsa.es/

3. Materias primas y su almacenamiento

La calidad de los prefabricados de hormigón depende de la cuidadosa gestión de sus materias primas, que incluyen cemento, áridos, aditivos y agua.

  • Cemento: Se almacena en silos cerrados para protegerlo de la humedad y el polvo ambiental. Generalmente, se emplean varios tipos de cemento, cada uno almacenado de forma separada para evitar mezclas accidentales.
  • Áridos: Se clasifican y almacenan por granulometrías (arena, gravilla, grava) en depósitos separados y protegidos de la contaminación y el agua. Este cuidado es esencial, ya que la humedad afecta directamente a la durabilidad del hormigón.
  • Aditivos: Los aditivos pueden ser pulverulentos o líquidos y se almacenan en condiciones específicas. Los pulverulentos se guardan en recipientes impermeables, mientras que los líquidos se conservan en garrafas protegidas de heladas para mantener sus propiedades.
  • Agua: En muchas plantas, el agua proviene de redes de suministro locales, aunque también se usan sistemas de reutilización de agua de lluvia o de limpieza de moldes para reducir el consumo.

4. Procesos de fabricación: Dosificación, mezclado y vertido

La dosificación y mezcla de los componentes son fases críticas para obtener un hormigón homogéneo. Las plantas modernas utilizan amasadoras automáticas de alta precisión que ajustan las proporciones de los materiales según las especificaciones del proyecto. El agua y los aditivos se miden con cuidado, y se emplean medidores de humedad en los áridos para asegurar la consistencia y evitar errores.

  • Control de humedad: Los medidores de humedad ayudan a ajustar la cantidad de agua en la mezcla, fundamental para alcanzar la resistencia y durabilidad requeridas.
  • Amasadoras: Existen amasadoras de doble eje horizontal y planetarias, que garantizan un mezclado homogéneo en un tiempo mínimo, optimizando el uso de materiales y evitando la segregación de los componentes.

Una vez obtenida la mezcla, el hormigón se vierte en moldes que definirán las dimensiones y los acabados del prefabricado. Los moldes, que generalmente son de acero, deben soportar la presión del hormigón y garantizar un desmoldeado fácil.

  • Compactación: El hormigón se compacta mediante vibración para eliminar las bolsas de aire y lograr una densidad uniforme. En algunos casos, se utiliza hormigón autocompactante que elimina la necesidad de vibración.
  • Tipos de moldes: Los moldes metálicos son ideales para prefabricados estructurales, mientras que los moldes de plástico o materiales desechables se emplean para elementos ornamentales.

El hormigón se vierte en los moldes con dispositivos como cubilotes, cubas aéreas o incluso mangueras en sistemas automatizados. Estas herramientas distribuyen el hormigón por la planta, manteniendo un flujo constante y reduciendo los tiempos de ciclo. La correcta dosificación y el vertido garantizan que cada elemento cumpla con los estándares de calidad y consistencia requeridos.

Figura 4. Mesa basculante. https://www.seea.com.br/imagens/downloads/moldtech-catalogo-espanhol.pdf

 

5. El curado: Clave para la durabilidad del hormigón

El curado es esencial para lograr la resistencia y durabilidad del hormigón. En las plantas de prefabricación, el curado se realiza en ambientes controlados que aceleran la hidratación del cemento.

  • Cámaras de curado: Elementos como baldosas y bloques suelen ser curados en cámaras con condiciones de temperatura y humedad óptimas, lo que permite un curado uniforme y minimiza el riesgo de fisuración.
  • Moldes calefactados: En algunos casos, los moldes están equipados con sistemas de calefacción para mantener una temperatura constante durante el curado, optimizando la reacción del hormigón y reduciendo los tiempos de fabricación.

6. Control de calidad y automatización en la producción

Las plantas modernas han implementado sistemas de automatización que permiten un control exhaustivo de cada etapa de la producción. La automatización no solo aumenta la precisión y reduce los errores, sino que también facilita la trazabilidad de cada pieza prefabricada.

El sistema de carrusel es un método industrializado que permite fabricar elementos superficiales, como losas y paneles de fachada, en línea. Las bandejas de los carruseles pasan por estaciones de trabajo automatizadas, desde la limpieza y la aplicación de desencofrante hasta el vertido y el acabado del hormigón.

Un software de gestión supervisa cada paso del carrusel, optimizando los tiempos de producción y permitiendo el ajuste de cada proceso en función de las especificaciones del cliente. De esta forma, se mantiene una trazabilidad completa y se gestiona eficientemente el inventario de piezas terminadas.

El control de calidad se realiza mediante ensayos de resistencia y consistencia. En muchos casos, las plantas cuentan con laboratorios internos para realizar pruebas de resistencia a compresión y verificar que el hormigón cumple con las normativas. Los parámetros como la densidad, el contenido de aire y la resistencia a la compresión se revisan para asegurar que las piezas cumplan con los estándares de calidad requeridos.

7. Logística y almacenamiento: La última fase del proceso

Una vez fabricados, los elementos pueden transportarse directamente a la obra o almacenarse temporalmente en la planta. La logística es clave para asegurar una entrega puntual y en condiciones óptimas.

  • Almacenamiento en planta: Las plantas disponen de áreas de acopio donde los elementos se almacenan en condiciones seguras, evitando daños y manteniendo la organización.
  • Transporte a obra: Los prefabricados más grandes o pesados requieren el uso de puentes-grúa para su carga en camiones, mientras que las piezas más pequeñas pueden paletizarse y transportarse en volúmenes mayores. El almacenamiento y el transporte son esenciales para reducir los costes y cumplir los plazos de entrega.
Figura 5. Transporte de elementos prefabricados a acopio. https://imi.com.pa/planta-de-prefabricados-de-concreto/#!

Conclusión

La fabricación de prefabricados de hormigón es un proceso industrializado que combina control de calidad, automatización y logística para ofrecer soluciones constructivas de alta eficiencia. Este método permite construir con precisión y rapidez, optimizando los recursos y permitiendo una personalización considerable en los proyectos. Con el avance de las tecnologías de automatización y la mejora en el control de calidad, la prefabricación de hormigón seguirá siendo una pieza fundamental en la construcción moderna, ya que permite realizar obras de forma más rápida, sostenible y con mejores acabados arquitectónicos.

Os dejo algunos vídeos de estas plantas de prefabricados.

Dejo a continuación un folleto sobre moldes para elementos prefabricados de hormigón.

Descargar (PDF, 21.9MB)

Referencias:

CALAVERA, J.et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 pp.

FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València.

MORILLA, I. (1992). Plantas de fabricación de hormigón y grava-cemento. Monografías de maquinaria. Asociación Española de la Carretera, Madrid.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 408 pp. Ref. 477. ISBN: 978-84-1396-238-2

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Materiales para pavimentos de hormigón

Figura 1. Construcción de pavimento de hormigón. https://obrasurbanas.es/como-controlar-el-alabeo-en-losas-de-pavimentos-de-hormigon/

En este artículo se ofrece una visión detallada de los materiales que se emplean en los pavimentos de hormigón, así como los requisitos técnicos que estos deben cumplir para asegurar una construcción de calidad en carreteras, autopistas y aeropuertos, vías peatonales, carriles ciclistas, zonas de almacenamiento y, en general, todos los firmes sometidos al tráfico. Se centra en los pavimentos de hormigón ejecutados in situ, dejando aparte los ejecutados con hormigón compactado con rodillo. Basado en la norma UNE-EN 13877-1:2013, se ha estructurado el contenido en tres grandes apartados: especificaciones de los materiales del hormigón, requisitos básicos del hormigón y requisitos básicos para otros materiales en pavimentos de hormigón. Este texto se ha redactado de forma accesible para facilitar el aprendizaje de los estudiantes de ingeniería civil, quienes podrán aplicarlo en proyectos de diseño y construcción de infraestructuras.

1. Especificaciones para los materiales del hormigón

Para garantizar la resistencia y durabilidad del hormigón en pavimentos, los materiales que lo componen deben cumplir los requisitos de calidad que aseguran un rendimiento adecuado frente a las exigencias de tráfico y condiciones ambientales. A continuación, se describen los componentes principales y sus especificaciones según la UNE-EN 13877-1:2013.

  • Cemento:
    • La elección del tipo de cemento es fundamental, ya que este actúa como el aglutinante que da cohesión al resto de materiales en la mezcla. De acuerdo con la norma EN 206-1, el cemento utilizado debe ser adecuado para la clase de resistencia requerida. La especificación concreta del tipo de cemento puede variar según las normativas nacionales o regionales del lugar de aplicación.
    • El cemento debe poseer propiedades que permitan una resistencia adecuada al tráfico y a la exposición ambiental del pavimento, evitando problemas como la desintegración o la pérdida de capacidad estructural con el paso del tiempo.
  • Áridos:
    • Los áridos, tanto gruesos como finos, son la base sólida del hormigón y deben cumplir con la norma EN 12620 para asegurar su idoneidad en términos de tamaño, forma y dureza. La selección y el tipo de áridos influyen directamente en la resistencia, la durabilidad y la trabajabilidad de la mezcla.
    • Es importante que el tamaño máximo de los áridos no sea mayor de un tercio (1/3) del espesor de la capa de hormigón, ya que así se evita que el agregado interfiera en la uniformidad del pavimento. En pavimentos armados con juntas o armados continuos, el tamaño del árido no debe superar un tercio de la distancia entre las armaduras longitudinales, previniendo obstrucciones y asegurando una correcta distribución de la mezcla.
  • Agua de amasado:
    • La calidad del agua de amasado es crucial, ya que interviene en las reacciones químicas de hidratación del cemento y en la cohesión de la mezcla. La norma UNE-EN 1008 establece los parámetros que debe cumplir el agua, incluyendo aspectos como la presencia de cloruros o sulfatos, que pueden afectar a la durabilidad.
    • Además de evitar posibles contaminantes, el agua debe mezclarse en proporciones controladas para asegurar que el hormigón adquiera la resistencia y consistencia deseadas. Es importante mantener una relación agua/cemento equilibrada, ya que una cantidad excesiva de agua puede generar porosidad y debilitar el material.
  • Otros materiales:
    • En algunos proyectos, pueden añadirse otros materiales, como adiciones y aditivos, para mejorar ciertas propiedades del hormigón. Estos deben cumplir con la norma EN 206-1, que establece los requisitos de conformidad para dichos materiales.
    • Los aditivos pueden ser superfluidificantes, retardadores o aceleradores de fraguado, entre otros, y ayudan a optimizar el manejo, la durabilidad y la resistencia de la mezcla en condiciones específicas de uso. Las adiciones, como las cenizas volantes o el humo de sílice, pueden mejorar la densidad del hormigón y su resistencia a agentes externos como el cloruro y la humedad.

2. Requisitos básicos del hormigón

Las propiedades del hormigón fresco y endurecido son fundamentales para asegurar la calidad y el rendimiento del pavimento. A continuación, se detallan los requisitos básicos que debe cumplir el hormigón, según la norma.

  • Hormigón fresco:
    • Consistencia: La consistencia determina la fluidez de la mezcla y su capacidad de ser manipulada durante el proceso de colocación. Para garantizar que el hormigón sea adecuado para el equipo de colocación, la norma permite especificar una clase de consistencia o un valor objetivo. La consistencia es importante no solo para la colocación, sino también para evitar problemas de compactación y reducir la formación de poros.
    • Densidad: La densidad del hormigón fresco debe determinarse mediante el cálculo de la masa de todos los componentes en un volumen específico. La densidad se especifica con una tolerancia del 1,5 % sobre el valor deseado, lo que permite adaptarse a ligeras variaciones de la mezcla. Esta propiedad influye en la resistencia y la durabilidad de la estructura final.
    • Contenido de aire: El volumen de aire atrapado en el hormigón es importante para prevenir problemas derivados de las congelaciones y descongelaciones. El contenido de aire debe medirse en el lugar de la obra según la norma EN 12350-7, y puede establecerse un porcentaje mínimo de aire en función de la normativa de cada país.
    • Contenido de cemento y partículas finas: La cantidad de cemento debe ser suficiente para dar resistencia al hormigón, mientras que el contenido de partículas de menos de 0,25 mm debe controlarse para evitar una textura excesivamente fina. Esto garantiza un equilibrio adecuado entre manejabilidad y resistencia final.
    • Contenido de cloruros: Si el hormigón incorpora elementos de acero sin protección, como barras de unión o pasadores, el contenido de cloruros no debe superar el 0,40 % de la masa del cemento. Esto previene la corrosión de los elementos metálicos y prolonga la vida útil de la estructura.
  • Hormigón endurecido:
    • Resistencia a ciclos de hielo y deshielo: En áreas donde el hormigón está expuesto a variaciones térmicas importantes, es necesario que el material resista los ciclos de congelación y descongelación sin sufrir deterioro. La norma especifica la resistencia que debe cumplir el hormigón en estas condiciones, de acuerdo con la EN 206-1.
    • Resistencia mecánica: La resistencia a la compresión, la tracción indirecta y la flexotracción del hormigón endurecido se miden a los 28 días. Estos parámetros se evalúan mediante ensayos específicos, como los ensayos de compresión (EN 12390-3), tracción indirecta (EN 12390-6) y flexotracción (EN 12390-5), que permiten clasificar el hormigón en distintas clases de resistencia y asegurar su adecuación para el tráfico y el uso proyectado.
Figura 2. Pavimento postesado. VSL Sistemas Especiales de Construcción Argentina S.A.

3. Requisitos básicos para otros materiales en pavimentos de hormigón

Además del hormigón, existen otros materiales que cumplen funciones específicas en los pavimentos y deben cumplir normativas particulares para garantizar su rendimiento.

  • Materiales de curado:
    • Los productos de curado son esenciales para evitar la pérdida de humedad en el hormigón fresco, lo que previene la formación de fisuras y asegura una ganancia de resistencia adecuada. Estos productos deben cumplir con la especificación técnica CEN/TS 14754-1, que evalúa su eficacia en la retención de agua.
    • Además, es recomendable que estos materiales de curado protejan el hormigón de variaciones bruscas de temperatura, especialmente en climas extremos, para evitar tensiones internas que puedan causar fisuras prematuras.
  • Retardadores de superficie:
    • En acabados de pavimentos con textura de árido expuesto, se utilizan retardadores de superficie que permiten revelar el árido grueso al retirar el mortero superficial. Estos retardadores deben estar diseñados específicamente para esta función y deben protegerse contra la evaporación hasta completar el proceso de fraguado.
  • Productos de sellado de juntas:
    • Las juntas en el pavimento son esenciales para permitir la expansión y contracción del hormigón, y los selladores de juntas deben prevenir la infiltración de agua. Los materiales de sellado deben cumplir con la norma EN 14188-1, EN 14188-2 o EN 14188-3, en función de si el sellado es en caliente, en frío o preformado. Esto evita la entrada de agua que puede congelarse y causar daños a largo plazo.
  • Barras de unión y pasadores:
    • Estos elementos de acero aseguran la transmisión de carga en las juntas y ayudan a prevenir el deslizamiento entre las losas adyacentes. Deben cumplir con la norma EN 10080, y especificar un nivel de resistencia B250 para barras lisas y B500 para barras corrugadas. Las dimensiones de estas barras deben seleccionarse en función de las tablas de la norma, teniendo en cuenta factores como el espesor del pavimento.
  • Armaduras:
    • La armadura de acero, que controla las fisuras y proporciona resistencia a las tensiones de tracción, debe cumplir con la norma EN 10080. En pavimentos armados continuos, la continuidad de la armadura puede lograrse mediante soldaduras, solapes o conectores, lo que garantiza una estructura sólida y sin fisuras que resista el paso constante de vehículos.

Este artículo aborda los detalles técnicos necesarios para comprender y aplicar las especificaciones de materiales en pavimentos de hormigón. Su selección y cumplimiento son esenciales para construir estructuras duraderas, seguras y adecuadas para las demandas de tráfico actuales y futuras.

Referencias:

CALAVERA, J.et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

CALO, D.; SOUZA, E.; MARCOLINI, E. (2015). Manual de diseño y construcción de pavimentos de hormigón. Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA).

FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 pp.

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València.

RECUENCO, E. (2014). Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras. Garceta grupo editorial, Colección Escuelas, Madrid.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 408 pp. Ref. 477. ISBN: 978-84-1396-238-2

Curso:

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Recomendaciones sobre productos y sistemas para la protección superficial del hormigón

Figura 1. https://www.molins.es/construction-solutions/reparacion-y-proteccion-del-hormigon/

La protección superficial del hormigón no solo responde a una necesidad estética, sino que cumple un papel crucial en la durabilidad y conservación de las estructuras de hormigón expuestas a condiciones ambientales adversas o a demandas estructurales específicas. Factores como la exposición ambiental y las propiedades deseadas del hormigón influyen en la selección de los productos y sistemas más adecuados para su protección. Estos sistemas se aplican con el objetivo de prevenir la degradación o mejorar ciertas características de la superficie del hormigón. Este artículo describe las principales recomendaciones basadas en la norma UNE 83703:2023, y se centra en productos y sistemas destinados a proteger la superficie del hormigón, incluyendo impregnaciones, revestimientos y otros métodos, en función de diferentes tipos de agresión ambiental o necesidades de mejora física.

1. Productos para la protección superficial del hormigón

Antes de seleccionar un producto o sistema de protección, es fundamental comprender los principios en los que se basan los métodos de protección superficial. Los siguientes principios resumen las estrategias empleadas para proteger el hormigón frente a diversos tipos de agresiones: Protección contra la penetración, control de la humedad y resistencia a agentes químicos.

Los productos para la protección superficial del hormigón varían en función de los métodos y tratamientos empleados. Estos productos, que pueden presentarse en forma líquida o plástica, se endurecen o se secan a temperatura ambiente. A continuación, se detallan las principales categorías:

  • Impregnación hidrófoba: consiste en la aplicación de productos líquidos de baja viscosidad que penetran en los poros del hormigón sin formar una película superficial. El objetivo es crear una superficie repelente al agua sin afectar a la permeabilidad al vapor. Los productos más utilizados son los oligómeros de siloxanos y las microemulsiones de silanos.
  • Impregnación: su objetivo es rellenar los poros del hormigón y reducir su porosidad superficial. Los productos empleados suelen estar basados en aglutinantes similares a los usados en revestimientos, y proporcionan una mayor adherencia para aplicaciones posteriores.
  • Revestimientos: forman una película continua sobre la superficie del hormigón para prevenir el deterioro. Pueden tener un espesor que va desde los 0,1 mm hasta los 5 mm, o incluso más en aplicaciones específicas. Los revestimientos pueden estar basados en polímeros en dispersión acuosa, en disolución o en polímeros reactivos que no requieren disolventes. Estos pueden ser de varios tipos, como revestimientos flexibles o rígidos. En función de las necesidades, algunos revestimientos pueden incorporar mallas o tejidos que mejoran la resistencia mecánica.

Debe tenerse en cuenta que los revestimientos deben resistir una exposición prolongada a la luz solar, especialmente en exteriores. Los productos acrílicos suelen ser más resistentes a los rayos UV. Además, los revestimientos deben poder repararse. En este sentido, los revestimientos a base de polímeros termoplásticos, como los acrílicos, son fáciles de repintar si presentan algún deterioro.

Figura 2. https://anfapa.com/articulos-tecnicos-morteros-de-reparacion-de-hormigon/1252/principios-y-metodos-para-reparar-y-proteger-estructuras-de-hormigon-deterioradas-une-en-1504

2. Sistemas de protección superficial

Los productos para la protección superficial del hormigón se agrupan en diferentes sistemas, cada uno con características particulares. Cada sistema de protección superficial está diseñado para hacer frente a diferentes amenazas o mejorar ciertas características del hormigón. Por ello, es importante elegir el sistema adecuado en función de las condiciones específicas de la estructura y su entorno. A continuación, se describen los sistemas más comunes:

2.1 Sistemas para impregnación hidrófoba

Estos sistemas protegen el hormigón y lo hacen repelente al agua, al mismo tiempo que permiten que «respire» al dejar pasar el vapor de agua. Son especialmente útiles en ambientes donde se desea mantener el hormigón seco. Los productos empleados deben ser transparentes, no alterar el aspecto del hormigón y garantizar la transpirabilidad. La profundidad de la impregnación y la calidad de los productos utilizados son factores clave para su eficacia a largo plazo.

También debe considerarse la eficiencia de la impregnación, es decir, que debe alcanzar una profundidad adecuada para asegurar una protección prolongada. Además, la impregnación debe ser compatible con el hormigón existente, por lo que será necesario evaluar las características químicas de este antes de aplicarla.

2.2 Sistemas protectores frente a la carbonatación

La carbonatación del hormigón es un proceso natural que puede afectar a la durabilidad de las estructuras. Los sistemas protectores frente a la carbonatación, basados en polímeros acrílicos o epoxi, crean una barrera que impide la entrada de CO₂ y reduce la absorción de agua. Estos revestimientos deben proporcionar una resistencia a la difusión de CO₂ equivalente a un espesor de aire de al menos 50 m (SD ≥ 50 m).

2.3 Sistemas con capacidad de puenteo de fisuras

Estos sistemas están diseñados para absorber movimientos en fisuras o prevenir la aparición de otras nuevas en el hormigón. Son útiles en estructuras que experimentan movimiento o en zonas sometidas a esfuerzos térmicos o mecánicos. Se pueden clasificar en sistemas con capacidad de puenteo estático (fisuras sin movimiento) o dinámico (fisuras con movimiento cíclico).

2.4 Sistemas resistentes a la agresión química

En ambientes donde el hormigón está expuesto a sustancias químicas agresivas, como ácidos o sulfatos, los sistemas resistentes a la agresión química proporcionan una barrera protectora. Estos revestimientos, que pueden estar basados en resinas epoxi o poliuretanos, son fundamentales en estructuras sometidas a ataques químicos intensos, como en plantas industriales o instalaciones de tratamiento de aguas.

2.5 Sistemas con capacidad de mejora física

Los sistemas que mejoran las propiedades físicas del hormigón incluyen la aplicación de tratamientos superficiales que aumentan la resistencia a la abrasión, la dureza superficial y la resistencia al impacto. Estos productos, como las capas de rodadura o las impregnaciones endurecedoras, son habituales en pavimentos industriales y en zonas expuestas a un tránsito o un impacto mecánico elevados.

Entre sus aspectos importantes, destaca que las imprimaciones mejoran la adherencia entre el hormigón y el revestimiento, lo que garantiza una protección más duradera. Además, los productos utilizados deben ser compatibles entre sí y con el tipo de hormigón de la estructura.

3. Control catódico y zonas anódicas

La corrosión del acero de refuerzo es uno de los problemas más comunes y graves que afectan a las estructuras de hormigón armado. La aplicación de sistemas de protección puede incluir el control catódico y el control de zonas anódicas, que son métodos especializados en la prevención de la corrosión.

  • El control catódico se basa en restringir la penetración de oxígeno en las zonas catódicas del hormigón armado. Al limitar la cantidad de oxígeno disponible, se neutralizan los puntos de corrosión y se minimiza el riesgo de deterioro. Los sistemas basados en este principio suelen utilizar revestimientos superficiales que impiden la difusión de oxígeno.
  • El control de zonas anódicas busca evitar la corrosión en los puntos donde el acero de refuerzo del hormigón está expuesto al ambiente. Esto se consigue aplicando inhibidores de corrosión directamente sobre el hormigón o mezclándolos con los productos de revestimiento.
Figura 3.  Control catódico y zonas anódicas

4. Preparación del soporte para revestir

La durabilidad y la eficacia de los sistemas de protección dependen en gran medida de las condiciones del soporte de hormigón. Antes de aplicar cualquier producto o sistema, es fundamental garantizar que el soporte cumpla las siguientes condiciones:

  • Limpieza: el soporte debe estar libre de polvo, aceites, sales u otros contaminantes que puedan afectar a la adherencia.
  • Porosidad: una porosidad adecuada garantiza la penetración del producto en el hormigón.
  • Secado: el soporte debe estar completamente curado, con al menos 28 días desde su fabricación.
  • Resistencia mecánica: el soporte debe tener una resistencia mínima al arrancamiento de 1,5 N/mm² para garantizar la adherencia del sistema protector.

5. Métodos de puesta en obra

La correcta aplicación de los sistemas de protección es crucial para garantizar su eficacia. Los métodos más comunes son los siguientes:

  • Aplicación con brocha o rodillo: método utilizado en pequeñas áreas o en productos de baja viscosidad.
  • Pulverización: método recomendado para grandes superficies o cuando se requiere una aplicación uniforme y rápida.
  • Técnicas específicas: en el caso de membranas gruesas, como los sistemas cementosos, se pueden aplicar con llana o mediante proyección.

6. Control de calidad y mantenimiento

Es fundamental realizar controles de calidad durante y después de la aplicación de los sistemas de protección. Esto incluye verificar las condiciones ambientales, el espesor de las capas aplicadas y la adherencia de los productos. Una vez completada la aplicación, deben realizarse inspecciones periódicas para garantizar que la protección sigue siendo efectiva. Además de los controles mencionados, se recomienda incluir:

  • Pruebas de adherencia y resistencia: son necesarios ensayos de tracción directa (UNE-EN 1542) y ensayos de resistencia a la difusión de gases para asegurar que el sistema cumple con las especificaciones.
  • Mantenimiento periódico: en función del tipo de sistema aplicado, es fundamental establecer un programa de inspecciones periódicas para detectar signos de desgaste o deterioro.

Conclusión

La correcta elección y aplicación de los productos y sistemas de protección superficial del hormigón es esencial para prolongar la vida útil de las estructuras y evitar daños costosos. El uso adecuado de impregnaciones, revestimientos y sistemas especializados puede mitigar los efectos de la carbonatación, la humedad, los ataques químicos y las fisuras, garantizando así la durabilidad y la funcionalidad del hormigón en diversas condiciones ambientales. La elección adecuada del sistema, la correcta preparación del soporte y la aplicación conforme a los estándares son esenciales para asegurar la durabilidad y el rendimiento del hormigón en diversas condiciones ambientales y de uso.

Os dejo algunos vídeos al respecto. Espero que os sean de interés.

También os dejo un folleto de MAPEI por si os resulta de interés.

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Referencias:

Fernández Cánovas; M. (1994). Patología y terapéutica del hormigón armado. 3ª edición, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

Pelufo, M.J. (2003). Caracterización del comportamiento mecánico y frente a la corrosión de morteros de reparación del hormigón estructural. Tesis doctoral. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil, Universidad Politécnica de Valencia.

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Curso en línea de “Fabricación y puesta en obra del hormigón”

La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso en línea sobre “Fabricación y puesta en obra del hormigón”.

El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 75 horas de dedicación del estudiante. Hay plazas limitadas.

Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-fabricacion-y-puesta-en-obra-del-hormigon/

 

 

Acerca de este curso

Este curso ofrece una visión completa sobre la fabricación y la puesta en obra del hormigón. No se requieren conocimientos previos específicos, ya que está diseñado para beneficiar a un amplio espectro de profesionales, tanto con experiencia como sin ella, así como a estudiantes de disciplinas relacionadas con la construcción, tanto en el ámbito universitario como en la formación profesional. El proceso de aprendizaje está estructurado de manera gradual, lo que permite a los participantes profundizar en los aspectos que más les interesen, apoyándose en material complementario y enlaces a recursos en línea, como vídeos y catálogos.

En este curso, adquirirás conocimientos fundamentales sobre la fabricación de hormigones y el uso de maquinaria relacionada, incluyendo centrales de hormigonado, transporte y bombeo de hormigón, cintas transportadoras, gunitado, colocación de hormigón bajo el agua y en condiciones de frío o calor, así como grandes vertidos, compactación por vibrado, hormigón al vacío, curado, juntas de construcción, hormigón precolocado y tipos de hormigón como el de fibra de vidrio, autocompactantes, compactados con rodillo y ligeros.

El enfoque principal del programa es comprender los principios que rigen la fabricación y la puesta en obra del hormigón, tanto prefabricado como ejecutado en obra, prestando atención a sus características más importantes y a los aspectos constructivos relevantes en ingeniería civil y edificación. El curso abarca un amplio espectro y profundiza en los fundamentos de la ingeniería de la construcción, además de destacar la importancia de fomentar el pensamiento crítico de los estudiantes, especialmente en relación con la selección de métodos, técnicas y maquinaria que se deben aplicar en situaciones concretas. Además, este curso trata de llenar el vacío que a menudo deja la bibliografía habitual y está diseñado para que los estudiantes puedan profundizar en los conocimientos adquiridos y adaptarlos a su experiencia previa o a sus objetivos personales y empresariales.

El contenido del curso se organiza en 50 lecciones, cada una de las cuales constituye una secuencia de aprendizaje completa. Además, se ofrece un amplio conjunto de problemas resueltos que complementan la teoría presentada en cada lección. Se estima que se necesitan entre dos y tres horas para completar cada lección, en función del interés del estudiante por profundizar en los temas mediante el material adicional proporcionado.

Al finalizar cada unidad didáctica, el estudiante se enfrenta a una serie de preguntas diseñadas para consolidar los conceptos fundamentales y fomentar la curiosidad sobre aspectos relacionados con el tema tratado. También se han diseñado tres unidades adicionales para reforzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, en los que se fomenta el pensamiento crítico y la capacidad para resolver problemas reales. Finalmente, al concluir el curso, se llevará a cabo un conjunto de preguntas tipo test con el objetivo de evaluar el aprovechamiento del estudiante, además de servir como herramienta de aprendizaje.

El curso está diseñado para una dedicación total de 75 horas por parte del estudiante. Se busca mantener un ritmo moderado, con una dedicación semanal de aproximadamente 10 a 15 horas, en función del nivel de profundidad que cada estudiante desee alcanzar. La duración total del curso es de seis semanas de aprendizaje.

Lo que aprenderás

Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:

  1. Comprender la utilidad y las limitaciones de la maquinaria empleada en la fabricación del hormigón, tanto prefabricado como elaborado en obra
  2. Evaluar y seleccionar los procedimientos constructivos para la colocación del hormigón, atendiendo a criterios económicos y técnicos
  3. Conocer las buenas prácticas y los aspectos de seguridad implicados en el transporte, vertido, compactación y curado del hormigón
  4. Analizar las características específicas en la fabricación y colocación de hormigones especiales como los autocompactantes, ligeros, con fibras, precolocados, compactados con rodillo y otros.

Programa del curso

  • Lección 1. Fabricación de hormigones
  • Lección 2. Homogeneidad en la fabricación del hormigón
  • Lección 3. Amasado del hormigón
  • Lección 4. Amasadoras de hormigón
  • Lección 5. Centrales de fabricación de hormigón
  • Lección 6. Hormigoneras
  • Lección 7. Cálculo de la temperatura de fabricación del hormigón
  • Lección 8. Almacenamiento de áridos
  • Lección 9. Corrección de humedad de los áridos
  • Lección 10. Transporte del cemento
  • Lección 11. Silos fijos de cemento
  • Lección 12. Cemento para hormigones resistentes a sulfatos en cimentaciones
  • Lección 13. Carretillas manuales o a motor para el transporte del hormigón
  • Lección 14. Hormigonado con cubilote
  • Lección 15. Transporte del hormigón mediante cintas transportadoras
  • Lección 16. Colocación del hormigón mediante bombeo
  • Lección 17. Torres distribuidoras de hormigón
  • Lección 18. Problemas de bombeo de hormigón
  • Lección 19. Hormigón proyectado: gunitado
  • Lección 20. Recomendaciones para el vertido de hormigón
  • Lección 21. Trompas de elefante para la colocación del hormigón
  • Lección 22. Hormigonado con tubería Tremie
  • Lección 23. Técnicas de colocación del hormigón bajo el agua
  • Lección 24. Fabricación y colocación del hormigón en tiempo caluroso
  • Lección 25. Fabricación y colocación del hormigón en tiempo frío
  • Lección 26. Hormigonado en condiciones de viento
  • Lección 27. Vertido y compactación de hormigón en soportes de sección reducida
  • Lección 28. Grandes vertidos de hormigón
  • Lección 29. Razones para compactar el hormigón
  • Lección 30. Compactación manual del hormigón: picado y apisonado
  • Lección 31. Compactación del hormigón por vibrado
  • Lección 32. Vibradores de aguja para compactar el hormigón
  • Lección 33. Vibradores externos para encofrados de hormigón
  • Lección 34. Mesa vibrante de hormigón
  • Lección 35. Compactación del hormigón con regla vibrante
  • Lección 36. Compactación del hormigón por centrifugación
  • Lección 37. Hormigón al vacío
  • Lección 38. Alisadoras rotativas o fratasadoras
  • Lección 39. Revibrado del hormigón
  • Lección 40. Agrietamiento plástico durante el fraguado del hormigón: Nomograma de Menzel
  • Lección 41. Necesidad y fases del curado del hormigón
  • Lección 42. Curado de pavimentos y otras losas de hormigón sobre tierra
  • Lección 43. Curado al vapor del hormigón e índice de madurez
  • Lección 44. Hormigón de limpieza en fondos de excavación
  • Lección 45. Las juntas de construcción en el hormigón
  • Lección 46. Hormigón precolocado: Prepakt y Colcrete
  • Lección 47. Hormigón reforzado con fibra de vidrio
  • Lección 48. Hormigón autocompactante
  • Lección 49. Hormigones compactados con rodillo
  • Lección 50. Hormigones ligeros
  • Supuesto práctico 1.
  • Supuesto práctico 2.
  • Supuesto práctico 3.
  • Batería de preguntas final

Conozca a los profesores

Víctor Yepes Piqueras

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente “cum laude”. Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València y profesor, entre otras, de las asignaturas de Procedimientos de Construcción en los grados de ingeniería civil y de obras públicas. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente por parte del Consejo Social. Su experiencia profesional se ha desarrollado como jefe de obra en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 6 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de 175  artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 10 libros, 22 apuntes docentes y más de 350 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 17 tesis doctorales, con 10 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente por parte del Consejo Social, así como el Premio a la Trayectoria Excelente en Investigación y el Premio al Impacto Excelente en Investigación, ambos otorgados por la Universitat Politècnica de València.

Lorena Yepes Bellver

Lorena Yepes Bellver es Profesora Asociada en el Departamento de Mecánica de los Medios Continuos y Teoría de las Estructuras de la Universitat Politècnica de València. Es ingeniera civil, máster en ingeniería de caminos, canales y puertos y máster en ingeniería del hormigón. Ha trabajado en los últimos años en empresas constructoras y consultoras de ámbito internacional. Aparte de su dedicación docente e investigadora, actualmente se dedica a la consultoría en materia de ingeniería y formación.

Nuevo estudio propone solución clave para reducir la huella de carbono en grandes proyectos de construcción internacionales

Un estudio innovador, titulado «Research on coupling optimization of carbon emissions and carbon leakage in international construction projects» y publicado en la prestigiosa revista Scientific Reports, aborda un desafío crítico para la construcción internacional: cómo optimizar las emisiones y las fugas de carbono en grandes proyectos de infraestructura.

Liderado por Zhiwu Zhou, de la Hunan University of Science and Engineering, y colaboradores como Víctor Yepes de la Universitat Politècnica de València, el artículo desarrolla un modelo matemático avanzado para analizar y predecir las emisiones de carbono a lo largo de todo el ciclo de vida de los proyectos de construcción en diferentes países. Este estudio es especialmente relevante en un contexto donde la globalización y el comercio internacional están impulsando el crecimiento económico, pero también contribuyendo de manera significativa al cambio climático.

Contexto y relevancia del estudio

El fenómeno conocido como «fuga de carbono» se ha convertido en un problema clave en la lucha contra el cambio climático. Este término se refiere al traslado de actividades productivas intensivas en carbono desde países con regulaciones estrictas sobre emisiones a países con normativas más laxas, lo que, paradójicamente, puede aumentar las emisiones globales. A medida que los países desarrollados implementan políticas más estrictas para reducir sus emisiones, existe la preocupación de que esto pueda incentivar a las empresas a trasladar su producción a países en desarrollo, exacerbando el problema en lugar de solucionarlo.

La construcción es uno de los sectores que más contribuye a las emisiones de carbono a nivel mundial. De hecho, la infraestructura está vinculada al 50 % de las emisiones globales, y se prevé que la inversión en infraestructuras alcance los 94000 millones de dólares para 2040, lo que pone de manifiesto la importancia de abordar el problema en este sector. El estudio de Zhou y su equipo se centra en ofrecer una herramienta para medir y mitigar la fuga de carbono en los grandes proyectos internacionales de construcción.

Metodología del estudio

La investigación combina una revisión bibliográfica extensa con el desarrollo de un modelo matemático que tiene en cuenta múltiples factores de incertidumbre asociados a los proyectos internacionales. Para analizar las emisiones y fugas de carbono, los investigadores emplearon bases de datos de cadenas de suministro reconocidas a nivel internacional, como Ecoinvent y OpenLCA, conforme a los estándares ISO 14040 e ISO 14044. Estas bases de datos permiten rastrear el ciclo de vida completo de los materiales y la energía utilizados en un proyecto, desde la extracción de materias primas hasta el transporte, la construcción y la eventual demolición.

El estudio utilizó como caso práctico un importante proyecto de infraestructura: el puente transnacional China-Indonesia, un proyecto internacional clave gestionado bajo el modelo EPC (ingeniería, contratación y construcción). Este puente, que conecta ambos países, se convirtió en un ejemplo ideal para analizar la huella de carbono debido a su complejidad técnica y logística, así como su impacto transnacional. El análisis de este caso permitió a los autores validar la robustez de su modelo teórico.

Resultados más destacados

Uno de los hallazgos más importantes del estudio es la notable diferencia en la huella de carbono entre los países exportadores e importadores. En el caso del puente China-Indonesia, los datos revelaron que la proporción de emisiones de carbono entre los países exportadores e importadores era de 0,577:100, lo que indica que los países que producen materiales y maquinaria (en este caso, China) soportan una mayor parte de la carga de emisiones. Esto sugiere que los países importadores, que son los principales beneficiarios de los proyectos de infraestructura, deberían asumir una mayor responsabilidad en la compensación de estas emisiones.

Además, el estudio pone de relieve que la utilización de acero, cemento y otros materiales intensivos en carbono es una de las principales fuentes de emisiones en los proyectos de construcción internacionales. Sin embargo, los resultados mostraron que optimizar la cadena de suministro y aplicar técnicas de transporte más eficientes pueden reducir significativamente estas emisiones. Por ejemplo, el uso de transporte marítimo en lugar de aéreo o terrestre para mover grandes volúmenes de materiales redujo las emisiones de manera sustancial.

Otro resultado clave es que la fuga de carbono no solo se produce durante la fase de construcción, sino también a lo largo de todo el ciclo de vida del proyecto, desde el diseño hasta la demolición. Las emisiones asociadas al diseño, el transporte y el montaje de los materiales también representan una parte significativa del impacto ambiental total de los proyectos.

Implicaciones del estudio

Este estudio tiene importantes implicaciones para los responsables políticos y las empresas constructoras. En primer lugar, los autores destacan la necesidad de desarrollar políticas más eficaces para gestionar la fuga de carbono en el comercio internacional. Las políticas actuales, como los ajustes en las fronteras de carbono (Carbon Border Adjustment Mechanisms, CBAM), son un buen paso hacia la reducción de la fuga de carbono, pero no son suficientes si no se aplican de manera coordinada a nivel global. Los investigadores sugieren que las empresas que participan en proyectos internacionales de construcción deben tener en cuenta no solo el coste económico, sino también el impacto ambiental y la huella de carbono de sus operaciones.

Por otro lado, el estudio subraya la importancia de optimizar las cadenas de suministro internacionales para reducir las emisiones de carbono. Esto implica seleccionar cuidadosamente los materiales, gestionar de manera eficiente el transporte y adoptar tecnologías más limpias durante el proceso de construcción. Los investigadores argumentan que los esfuerzos por reducir las emisiones deben extenderse a todas las fases del proyecto, no solo a la construcción, y que las empresas deben colaborar más estrechamente con los gobiernos para diseñar estrategias eficaces de mitigación del carbono.

Conclusiones

En resumen, el estudio ofrece una herramienta valiosa para evaluar y mitigar las emisiones y fugas de carbono en proyectos de construcción internacionales. Al utilizar un enfoque matemático riguroso y bases de datos internacionales de alto nivel, este trabajo proporciona un marco científico sólido para ayudar a los gobiernos y a las empresas a tomar decisiones más informadas sobre cómo reducir el impacto ambiental de sus proyectos.

Este enfoque no solo es relevante para los proyectos de infraestructura a gran escala, sino que también tiene el potencial de influir en la forma en que las políticas de carbono se diseñan e implementan a nivel global. La investigación concluye que, aunque los costes iniciales de adoptar prácticas más sostenibles pueden ser elevados, los beneficios a largo plazo, tanto en términos económicos como ambientales, justifican plenamente esta inversión.

Referencia:

ZHOU, Z.; WANG, Y.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Research on coupling optimization of carbon emissions and carbon leakage in international construction projects. Scientific Reports, 14: 10752. DOI:10.1038/s41598-024-59531-4

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Técnica innovadora optimiza estructuras de hormigón y reduce emisiones de CO₂ al considerar la interacción suelo-estructura

El artículo científico, titulado «Metamodel-assisted meta-heuristic design optimization of reinforced concrete frame structures considering soil-structure interaction» y publicado recientemente en Engineering Structures, una de las revistas de mayor impacto en ingeniería civil, aborda un desafío clave en la ingeniería estructural: cómo optimizar el diseño de estructuras de hormigón armado para minimizar su impacto ambiental, con especial atención a la reducción de las emisiones de CO₂.

Esta investigación es el resultado de una colaboración internacional realizada en el marco de los proyectos HYDELIFE y RESILIFE, cuyo investigador principal es Víctor Yepes, y es fruto de una colaboración internacional entre investigadores de Cuba, Brasil y España.

Contexto de la investigación

La optimización estructural ha sido ampliamente explorada en las últimas décadas debido a la creciente necesidad de reducir los costes de construcción y el uso de materiales, todo ello mientras se minimiza el impacto ambiental. En el caso de las estructuras de hormigón armado, que son esenciales en la construcción de edificios y obras de infraestructura, optimizar su diseño conlleva implicaciones significativas en cuanto al ahorro de recursos y la reducción de las emisiones de CO₂.

Los problemas de optimización estructural pueden resolverse mediante métodos exactos, como la programación matemática, o mediante métodos heurísticos que imitan procesos naturales (como la evolución genética o el comportamiento de enjambres). Aunque los métodos heurísticos son más eficientes para problemas complejos y no lineales, como los que involucran grandes estructuras tridimensionales, requieren un alto coste computacional. Para abordar este problema, los autores proponen el uso de metamodelos, que son modelos simplificados que permiten realizar simulaciones con un consumo computacional mucho menor sin sacrificar demasiada precisión. En este estudio, se utiliza un metamodelo basado en Kriging, una técnica que permite aproximar el comportamiento de estructuras complejas.

Además, el estudio introduce una novedad crucial: la inclusión de la interacción suelo-estructura (SSI, por sus siglas en inglés) durante el modelado. Esta interacción, que muchas veces se ignora en los modelos tradicionales, afecta significativamente al comportamiento de la superestructura (el marco de hormigón). Ignorarla puede dar lugar a diseños menos precisos que no tienen en cuenta los asentamientos diferenciales del suelo, lo que puede provocar tensiones adicionales y un mayor deterioro de las estructuras con el tiempo.

Metodología

La investigación emplea un enfoque combinado de optimización heurística convencional y una estrategia basada en Kriging para optimizar marcos espaciales de hormigón armado. El objetivo es reducir las emisiones de CO₂ de las estructuras optimizadas, en línea con los esfuerzos para disminuir el impacto ambiental del sector de la construcción. El estudio incluye tres estudios de caso, cada uno con diferentes configuraciones estructurales (variando la longitud de los vanos y el número de niveles de las estructuras) para generalizar los resultados.

El elemento clave en esta investigación es la inclusión de la interacción suelo-estructura, que afecta al comportamiento global del sistema. Los autores utilizan un modelo de Winkler, que representa el suelo como un conjunto de resortes con rigidez variable en función de las características del suelo, y lo implementan en dos tipos de suelos: uno cohesivo y otro granular. Esta diferenciación es importante porque cada tipo de suelo responde de manera distinta a las cargas, lo que provoca asentamientos que, en última instancia, influyen en las tensiones de la superestructura. La plataforma CSi-SAP2000 se utilizó como motor de cálculo, mientras que el análisis geotécnico y estructural se integró mediante MATLAB.

Resultados

Uno de los hallazgos más destacados del estudio es que la inclusión de la interacción suelo-estructura modifica significativamente los diseños estructurales. En general, las estructuras diseñadas teniendo en cuenta la interacción suelo-estructura requieren más material (mayores cantidades de hormigón y acero), lo que refleja el aumento de tensiones debido a los asentamientos diferenciales. Por ejemplo, en comparación con un modelo con soportes rígidos ideales, las estructuras que consideran la inclusión de la interacción suelo-estructura muestran un aumento del 12,03 % en las emisiones de CO₂ en suelos cohesivos y hasta un 18,81 % en suelos friccionales.

Los elementos estructurales más afectados por la interacción suelo-estructura son las columnas. Esto se debe a que los asentamientos diferenciales incrementan los momentos flectores en las columnas, lo que requiere un refuerzo adicional y secciones más grandes para resistir las nuevas tensiones. En algunos casos, las emisiones de CO₂ asociadas a las columnas aumentaron más del 60 % al considerar la interacción con el suelo. Los resultados son especialmente marcados en suelos granulares, donde los asentamientos diferenciales son más pronunciados.

Además, la metodología basada en metamodelos, asistida por la técnica de Kriging, demostró ser eficaz para lograr optimizaciones con un alto grado de precisión (hasta un 98,24 % en suelos cohesivos y un 98,10 % en suelos granulares), todo ello reduciendo el tiempo de cálculo en aproximadamente un 90 % en comparación con los métodos heurísticos convencionales.

Implicaciones

Este estudio tiene importantes implicaciones prácticas para el diseño de estructuras de hormigón armado. La inclusión de la interacción suelo-estructura permite obtener diseños más robustos y precisos, lo que reduce el riesgo de fallos prematuros y la necesidad de costosos trabajos de mantenimiento a largo plazo. Los modelos que no tienen en cuenta la interacción suelo-estructura pueden dar como resultado estructuras que inicialmente parecen eficientes, pero que con el tiempo se deterioran más rápidamente debido a las tensiones adicionales no previstas. Por tanto, incluir esta interacción desde el inicio del diseño mejora significativamente la durabilidad y la fiabilidad de las estructuras.

Desde el punto de vista ambiental, el uso de metamodelos para optimizar estructuras de hormigón supone un importante avance. Al reducir el material necesario y mejorar la eficiencia estructural, se contribuye a la reducción de las emisiones de CO₂, un objetivo clave en la lucha contra el cambio climático. Además, la metodología propuesta ofrece un enfoque más sostenible al disminuir los recursos computacionales necesarios para realizar simulaciones complejas.

En conclusión, la inclusión de la interacción suelo-estructura y el uso de metamodelos basados en Kriging suponen una contribución innovadora al campo de la ingeniería estructural. Esta investigación no solo proporciona mejores resultados de diseño, sino que también tiene el potencial de reducir el impacto ambiental de las estructuras de hormigón armado, lo que hace que el sector de la construcción sea más sostenible y eficiente.

Referencia:

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Metamodel-assisted meta-heuristic design optimization of reinforced concrete frame structures considering soil-structure interaction. Engineering Structures, 293:116657. DOI:10.1016/j.engstruct.2023.116657

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Edificios modulares de acero: una opción sostenible y resistente en zonas sísmicas

Un estudio reciente, titulado «Life cycle assessment of seismic resistant prefabricated modular buildings» y publicado en la prestigiosa revista Heliyon, ha evaluado los beneficios de los edificios modulares prefabricados (PVMB) diseñados para resistir terremotos.

La investigación, liderada por expertos de la Universitat Politècnica de València y la Universidad Central del Ecuador, se llevó a cabo en el marco del proyecto RESILIFE y comparó cuatro sistemas estructurales, tres de ellos basados en tecnología modular (dos de hormigón armado y uno de acero), y un sistema convencional de hormigón armado in situ, en una zona de alto riesgo sísmico.

El análisis tuvo en cuenta tanto los impactos económicos como ambientales a lo largo de todo el ciclo de vida de los edificios, desde la fabricación hasta la fase final de demolición.

 

Contexto del estudio

El sector de la construcción es responsable de una parte importante del consumo de recursos y de las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel global. Dado que el crecimiento poblacional y la demanda de infraestructuras siguen aumentando, las tecnologías como los edificios modulares prefabricados ofrecen una alternativa innovadora para reducir el impacto ambiental. Estos sistemas, que permiten construir fuera del emplazamiento y ensamblar los módulos en la obra, prometen reducir los tiempos y los costes de construcción en un 50 % y un 30 %, respectivamente, lo que los convierte en una opción atractiva en términos de sostenibilidad y eficiencia.

Sin embargo, la adopción de estas tecnologías en áreas sísmicas aún se enfrenta a barreras, principalmente por la necesidad de demostrar su capacidad para resistir cargas sísmicas y por la percepción de altos costes iniciales. Por ello, el estudio se centró en realizar un análisis integral de la vida útil para cuantificar estos beneficios y compararlos con las técnicas de construcción convencionales.

Metodología

El estudio evaluó un hospital de cuatro pisos situado en Quito, Ecuador, una región con un alto nivel de actividad sísmica debido a la presencia de dos fuentes principales de terremotos: una zona de subducción y un sistema de fallas activas. Se evaluaron cuatro soluciones estructurales:

  1. Un sistema convencional de hormigón armado construido in situ.
  2. Un sistema modular de hormigón armado con conexiones húmedas (prefabricación con ensamblaje mediante hormigonado en obra).
  3. Un sistema modular de hormigón armado con conexiones secas (ensamblaje mediante pernos y juntas metálicas).
  4. Un sistema modular de acero.

El análisis abarcó las etapas de fabricación, construcción, uso y fin de vida, y evaluó tanto el impacto ambiental como el coste económico. Para ello, se utilizaron indicadores como la cantidad de materiales empleados, las emisiones de gases de efecto invernadero y los costes asociados a cada etapa, desde la producción de los módulos hasta su mantenimiento y demolición.

Resultados principales

Los resultados revelaron que, aunque el sistema modular de acero es el más costoso en términos de construcción inicial (un 60 % más caro que el sistema convencional), presenta los mejores resultados en términos de sostenibilidad. Este sistema mostró una reducción significativa en los impactos ambientales, con una disminución del 43 % en las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con el sistema tradicional de hormigón. Además, los ciclos de mantenimiento fueron menores, lo que implica una mayor durabilidad y menos intervenciones durante su vida útil.

Por otro lado, las alternativas de hormigón modular, si bien también ofrecían beneficios en cuanto a reducción del tiempo de construcción, presentaban mayores impactos ambientales debido al uso intensivo de hormigón y acero de refuerzo. De hecho, el sistema modular con conexiones húmedas resultó ser el menos favorable desde el punto de vista ambiental, con un impacto un 52 % mayor que el sistema convencional.

Implicaciones del estudio

Este trabajo tiene importantes implicaciones para la construcción en zonas sísmicas. Los autores sugieren que los métodos de construcción modulares no solo son viables desde el punto de vista técnico, sino también en términos de sostenibilidad ambiental, siempre y cuando se adopten las soluciones más eficientes, como el uso de estructuras de acero. Aunque los sistemas modulares de acero son más caros, ofrecen ventajas claras en cuanto a durabilidad, menor impacto ambiental y reducción de los costos de mantenimiento a lo largo de su vida útil.

El estudio también pone de relieve la importancia de evaluar no solo los costes iniciales de construcción, sino todo el ciclo de vida de las infraestructuras. Las decisiones basadas únicamente en el precio de construcción pueden dar como resultado infraestructuras menos sostenibles a largo plazo, mientras que un enfoque integral, que tenga en cuenta el impacto ambiental y los costes futuros, puede conducir a mejores decisiones tanto para el medio ambiente como para la economía.

Conclusiones

En resumen, este estudio aporta valiosas evidencias a favor del uso de edificios modulares prefabricados, especialmente en zonas de alto riesgo sísmico. Los resultados indican que el uso de sistemas modulares de acero puede ser clave para mejorar la sostenibilidad de las infraestructuras, reducir las emisiones y asegurar una mayor durabilidad de los edificios. Las conclusiones de esta investigación son relevantes no solo para el ámbito académico, sino también para los responsables de las políticas públicas y los profesionales de la construcción que buscan soluciones más sostenibles y eficientes para las ciudades del futuro.

Referencia:

GUAYGUA, B.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES, V. (2024). Life cycle assessment of seismic resistant prefabricated modular buildings. Heliyon, 10(20), e39458. DOI:10.1016/j.heliyon.2024.e39458

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Dosificación de los áridos en la fabricación del hormigón

La dosificación de los áridos es un proceso más complejo que la dosificación del cemento, pues se debe considerar el agua contenida en estos componentes. Esta agua puede estar presente en la superficie de los áridos, entre sus partículas e incluso en su interior, como ocurre con los áridos ligeros. Para lograr dosificaciones precisas, es fundamental tener un conocimiento constante de las cantidades variables de agua. La dosificación de áridos puede realizarse de manera ponderal o volumétrica.

Dosificación por volumen

Un dosificador de áridos por volumen consta de una cinta transportadora, ubicada debajo de la tolva de almacenamiento, que se mueve a velocidad constante, y de un registro vertical que regula la altura del material extraído sobre la banda (Figuras 1 y 2). El volumen distribuido es proporcional al tiempo de descarga, el cual se controla mediante temporizadores.

Figura 1. Dosificador volumétrico de áridos

Este procedimiento no se ve afectado por la humedad de los materiales, lo que lo hace especialmente adecuado para áridos ligeros, cuya densidad puede variar significativamente según su contenido de agua. Sin embargo, el peso del material extraído puede verse influenciado por el grado de compactación del material sobre el dosificador, es decir, por la altura de carga en las tolvas de almacenamiento.

Figura 2. Detalle del dosificador volumétrico de áridos

La dosificación en volumen es más complicada que la dosificación en peso. En las instalaciones muy pequeñas, donde se realiza la dosificación directamente en el skip o en un dispositivo similar, los áridos deben verterse hasta alcanzar niveles de referencia preestablecidos. Este procedimiento repetitivo no solo consume mucho tiempo, sino que también genera una mayor probabilidad de errores.

Cuando la alimentación se efectúa a través de una cinta transportadora, el control de los volúmenes transportados se vuelve más sencillo. Conociendo el ancho de la cinta, solo es necesario instalar un gálibo sobre la cinta, que debe operar a una velocidad constante. Conociendo esta velocidad, se puede determinar el tiempo de funcionamiento necesario para alimentar una amasada. Los dosificadores volumétricos se instalan generalmente justo debajo del silo o la tolva. El material a dosificar se carga directamente en una pequeña cinta llamada extractora.

Este procedimiento presenta varias ventajas, como un bajo coste, una gran simplicidad, poco mantenimiento y un reducido espacio de ocupación. Sin embargo, también presenta inconvenientes, como la imprecisión causada por los esponjamientos variables de las arenas, la irregularidad en los caudales sobre la cinta y las posibles inconsistencias en la caída del material a través de las trampillas. Según los fabricantes, los errores de medida entre las cantidades programadas y las obtenidas son inferiores al ±2 %.

Dosificación por peso

La dosificación ponderal se ha convertido en el método preferido tanto para cementos como para áridos, gracias a su mayor precisión y facilidad de implementación en comparación con la dosificación volumétrica. Existen varias opciones para realizar este proceso cuando las tolvas se encuentran en línea. Se pueden utilizar básculas individuales que alimentan el material mediante una cinta transportadora (Figura 3) o una báscula móvil que se traslada entre diferentes tolvas (Figura 4). Otra alternativa es una báscula con cinta extractora que utiliza una única tolva pesadora larga y estrecha que se vacía al activar una cinta transportadora ubicada en el fondo (Figura 5). Para los compartimentos correspondientes, las compuertas de sector son las más comúnmente utilizadas y pueden accionarse de forma manual, eléctrica, neumática o hidráulica. En algunos casos, las compuertas se reemplazan por alimentadores electromagnéticos o alimentadores de cinta transportadora.

Básculas independientes: Se trata de un pesaje simultáneo, en el que cada componente o árido dispone de su propia báscula y todas ellas descargan el material en una cinta transportadora que lo lleva al skip de la mezcladora. Este método proporciona una alta precisión y productividad.

Figura 3. Básculas independientes bajo tolvas en línea

Báscula móvil: Se trata de un procedimiento más lento que el de las básculas independientes. La báscula se desplaza de una tolva a la siguiente. Se realiza un pesaje acumulativo o por adición, en el que los componentes se pesan secuencialmente en la misma báscula. Cuando la aguja del dial alcanza la cantidad requerida para el primer árido, se cierra su compuerta y se abre la del siguiente, lo que permite ahorrar espacio y reducir los costes de instalación e inversión. Estos sistemas suelen ser menos precisos que las básculas independientes, especialmente cuando se pesa el cemento al final del proceso.

Figura 4. Báscula móvil bajo tolvas en línea

Báscula con cinta pesadora: También existen sistemas de pesaje continuo para áridos, como las cintas pesadoras, que actúan como medidores de caudal. Una cinta pesadora consta de una báscula que mide el peso de un elemento de la cinta (por ejemplo, la reacción de un rodillo), un indicador de esfera y un totalizador, generalmente digital. Este totalizador se acciona mediante un motor cuya tensión de alimentación depende de la velocidad de la cinta y de la carga indicada por el dispositivo de pesaje. Estos sistemas, conocidos también como básculas o rodillos integradores, permiten reducir la altura de las plantas de producción, aunque su precisión varía entre el 0,5 % y el 1 %. Este tipo de báscula permite una dosificación más rápida y es especialmente útil en instalaciones de prefabricados, donde se manejan muchos tipos de áridos, así como en centrales de dosificación para hormigoneras sobre camión.

Figura 5. Báscula con cinta pesadora

Cuando las tolvas verticales descargan sobre una misma báscula, puede haber un sistema de pesaje aditivo, tal y como se ha descrito con la báscula móvil y sistemas de pesaje sustractivo. En este último caso, se llena la báscula y se determina el peso total; luego, se abre y se cierra la compuerta hasta que la aguja marque la diferencia deseada. Este método simplifica la instalación, ya que no requiere una tolva superior ni dosificación por compuertas.

La báscula más aceptada es la de sistema de suspensión en cuatro puntos, que evita errores de peso causados por el descentrado de la carga en el recipiente. Aunque la báscula romana de cursor es económica y precisa, la balanza de resorte con índice se ha vuelto más común para áridos y cemento, ya que permite realizar múltiples pesadas aditivas y llevar a cabo un control adecuado en vacío, lo cual es especialmente importante en el caso del cemento. Además, algunos fabricantes utilizan básculas medidoras de presión, que determinan el peso de manera eléctrica en lugar de recurrir a básculas mecánicas.

En las instalaciones con skip pesador, los áridos no se descargan en una tolva pesadora fija, sino directamente en la cubeta del skip de la mezcladora. Este sistema se emplea principalmente para reducir la altura del equipo de pesaje y para eliminar o minimizar la necesidad de una fosa en el muro de almacenamiento. El principal inconveniente es que no se puede comenzar a dosificar los áridos hasta que el skip esté apoyado en la báscula, lo que generalmente afecta al ciclo de la hormigonera y reduce el número de amasadas por hora, disminuyendo así la producción.

Figura 6. Skip pesador de áridos

Os dejo un vídeo ilustrativo sobre este tema.

Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

BUSTILLO, M. (2008). Hormigones y morteros. Fueyo Editores, Madrid, 721 pp.

CALAVERA, J.et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 pp.

FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València.

MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Exigencias básicas. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, Madrid, 750 pp.

MORILLA, I. (1992). Plantas de fabricación de hormigón y grava-cemento. Monografías de maquinaria. Asociación Española de la Carretera, Madrid.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 408 pp. Ref. 477. ISBN: 978-84-1396-238-2

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Dosificación de los aditivos en la fabricación del hormigón

Figura 1. Dosificador de aditivos. https://sotecma.es/dosificadores-aditivos-hormigon/

Los aditivos son sustancias o productos que, incorporados al hormigón antes del amasado (o durante el mismo o en un amasado suplementario), en una proporción no superior al 5 % del peso del cemento, generan la modificación deseada de alguna de sus características, propiedades habituales o comportamiento, ya sea en estado fresco o endurecido. De este modo, los aditivos actúan como componentes auxiliares del hormigón, aunque, en determinadas condiciones y para ciertas obras, pueden volverse indispensables para resolver problemas específicos.

Los dosificadores de aditivos para hormigón son fundamentales en el proceso, ya que permiten obtener una mezcla homogénea y con propiedades específicas. En muchas plantas de producción de hormigón, la dosificación de aditivos se realiza de manera volumétrica. En ocasiones, incluso se utiliza un pequeño bidón de recuperación como dosificador, independientemente del volumen de la amasadora.

Sin embargo, desde hace años, el uso de aditivos de calidad ha avanzado significativamente. En plantas de mediana capacidad se han implementado pequeñas bombas dosificadoras temporizadas, que permiten resolver la mayoría de los problemas asociados a la dosificación de estos productos. Por otro lado, en plantas de gran capacidad es necesario, y en muchos casos imprescindible, utilizar básculas para la dosificación de aditivos.

Los dosificadores de aditivos son equipos esenciales en la industria de la construcción, diseñados para añadir con precisión aditivos líquidos o sólidos al hormigón. Su función principal es asegurar la dosificación exacta y una distribución homogénea del aditivo en el hormigón, lo que mejora propiedades como la resistencia, la durabilidad y el tiempo de fraguado. Estos dispositivos permiten un control preciso de la cantidad de aditivo incorporado, lo cual es fundamental para cumplir con las especificaciones técnicas de cada proyecto y garantizar la calidad final del hormigón.

El uso de dosificadores de aditivos optimiza los procesos de construcción, reduce el desperdicio de material y contribuye a la sostenibilidad ambiental al minimizar el exceso de aditivos.

Los dosificadores de aditivos se clasifican principalmente en dos tipos, cada uno con características y aplicaciones específicas que los hacen adecuados para distintas necesidades en la industria del hormigón:

  • Dosificadores volumétricos: estos dispositivos miden el aditivo en función del volumen. Son especialmente útiles para líquidos y destacan por su simplicidad y eficiencia. Los dosificadores volumétricos son ideales en aplicaciones donde la precisión en la cantidad de aditivo no es crítica, pero se requiere una dosificación constante y controlada. La dosificación volumétrica se realiza, por lo general, mediante la medición del tiempo de funcionamiento de una bomba rotativa de pequeño caudal. También se utilizan dispositivos con bomba aspirante e impelente.
  • Dosificadores por peso: también conocidos como gravimétricos, estos dosificadores miden el aditivo según su peso. Ofrecen una precisión superior en comparación con los volumétricos, lo que los hace indispensables en aplicaciones donde las proporciones exactas de aditivo son cruciales para la calidad del hormigón. Aunque pueden ser más complejos y costosos, su precisión y fiabilidad justifican la inversión en muchos proyectos.

Antes de incorporarlos al hormigón en proceso de fabricación, los aditivos deben disolverse, mezclarse y homogeneizarse en una parte del agua de amasado mediante un sistema de premezcla eficaz. Esta mezcla debe cumplir los siguientes requisitos:

  • Corresponder a una cantidad suficiente para cubrir al menos un día de producción de hormigón.
  • Realizarse con una cantidad adecuada de agua, siendo como mínimo la décima parte y, preferiblemente, la quinta parte del agua total necesaria para la elaboración del hormigón.
  • Inyectarse en el resto del agua de amasado durante su introducción en la amasadora, asegurando que la inyección comience al menos un segundo después del inicio del flujo de agua y termine un segundo antes del cierre de este, manteniendo un caudal constante durante todo el proceso.

En el caso de los aditivos líquidos, si su cantidad total supera los 3 l/m³ de hormigón, su contenido de agua debe tenerse en cuenta al calcular la relación agua/cemento. Por otra parte, el agua utilizada para disolver el aditivo se considerará parte del agua total necesaria para la composición del hormigón.

Algunos aditivos, especialmente aquellos que se suministran en forma sólida (por ejemplo, en polvo o escamas), aunque pueden ser homogéneos en el saco que los contiene, no lo son en la dosis individual. Por ello, para estos productos, es recomendable realizar una preparación mediante dilución en agua y homogeneización de todo el contenido del saco, siguiendo el método anteriormente descrito. Si no es viable económicamente preparar una cantidad tan grande para un solo uso, es preferible optar por aditivos presentados en pequeños saquitos dosificados.

Algunos aditivos no son compatibles entre sí y, si se añaden juntos en la dosificadora o en la tubería de agua, pueden reaccionar entre ellos, anulando su efecto. En algunos casos, puede ser necesario añadir un aditivo en la dosificadora del agua, otro en la arena y uno o más directamente en la mezcladora.

En el caso de los hormigones ligeros, los aditivos, previamente diluidos de manera adecuada, deben mezclarse con la segunda parte del agua de amasado cuando se realice el prehumedecimiento en la mezcladora. No se deben introducir los aditivos junto con los áridos en la mezcladora, ya que parte de ellos podría ser absorbida de forma incontrolada por estos, lo que comprometería su eficacia.

Os dejo algunos vídeos relativos a los aditivos, por si os resultan de interés.

Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

BUSTILLO, M. (2008). Hormigones y morteros. Fueyo Editores, Madrid, 721 pp.

CALAVERA, J.et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 pp.

FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València.

MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Exigencias básicas. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, Madrid, 750 pp.

MORILLA, I. (1992). Plantas de fabricación de hormigón y grava-cemento. Monografías de maquinaria. Asociación Española de la Carretera, Madrid.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 408 pp. Ref. 477. ISBN: 978-84-1396-238-2

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.